利用按鈕式數(shù)字電位器控制高達(dá)20V電壓的解決方案

本文介紹一款利用按鈕式數(shù)字電位器簡單高效地控制高達(dá)20 V電壓的完整解決方案。這款完整的解決方案提供一種可調(diào)電源，可用于需要可調(diào)電壓輸出的各種應(yīng)用。圖1顯示具有可變輸出功率的相應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器，使用AD5116 數(shù)字電位器和具有集成式推挽輸出級的 ADCMP371 比較器。通過添加開關(guān)，而不是按鈕，可以使用微控制器來調(diào)節(jié)電壓。

AD5116具有64個可用的游標(biāo)位置，端到端電阻容差為±8%。此外，AD5116包含一個EEPROM來存儲游標(biāo)位置，可通過按鈕手動設(shè)置。對于需要固定標(biāo)準(zhǔn)上電電壓的應(yīng)用，這個功能非常有用。

該電路由電壓 VIN供電，最高可達(dá)20 V。AD5116和ADCMP371的電源電壓 VDD也可由 VIN生成，例如，通過ADP121等穩(wěn)壓器。

圖1.帶可變輸出、通過按鈕控制的高壓開關(guān)穩(wěn)壓器。

電路工作原理

輸出電壓 VOUT通過反饋網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)頻率控制。通過分壓器反饋到比較器，然后與數(shù)字電位器設(shè)置的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果從 VOUT獲取的電壓高于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出切換到低電平，以阻隔NMOS晶體管T1和PMOS晶體管T2，從而降低 VOUT。如果從 VOUT獲取的電壓低于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出切換到高電平，兩個晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)（飽和），從而增加 VOUT。通過這種基于比較的功能，晶體管在開啟/關(guān)斷模式下以短脈沖工作，使各晶體管保持低損耗。除電位器的輸出電壓外，開關(guān)頻率還受 VOUT的負(fù)載影響。

隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出電壓增高，T2關(guān)斷的時間變長，比較器輸出相應(yīng)增高。比較器輸出提供一系列更高頻率、速度更快的正電源輸出脈沖。如果DAC輸出電壓降低，則情況相反。

經(jīng)過濾波的VOUT通過公式1確定。

VW為電位器抽頭W處的DAC輸出電壓。

AD5116的A抽頭和B抽頭之間的電阻標(biāo)稱值為5 kΩ，劃分為64級階躍。在量程的較低端，典型游標(biāo)電阻 RW降至45 Ω到70 Ω之間。相對于GND的 VW輸出電壓為：

其中 RWB為：

RWB是抽頭W和較低端的GND之間的電阻值。

RAB為電位器的總電阻。

VA為分壓器串頂端的電壓；在本例中，它等于 VDD。

D為AD5116的RDAC寄存器中二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值。

AD5116的RDAC寄存器通過按鈕PD和PU進(jìn)行控制。默認(rèn)的上電位置（例如 VOUT= 0 V）可以通過ASE引腳存儲在電位器的EEPROM中。

濾波器輸出：減少紋波

為了獲得平穩(wěn)的輸出電壓VOUT并減少開關(guān)T1和T2導(dǎo)致的紋波，需要使用額外的濾波器電路（參見圖2）。在設(shè)計此濾波器時，需考慮AD5116的最大和最小開關(guān)頻率，以及其工作電壓范圍。

對于圖2所示的電路，開關(guān)頻率范圍約為1.8 Hz至500 Hz。因?yàn)檫@個值相當(dāng)?shù)?，所以在確定濾波器的截止頻率時，通常需要使用更大的R、L和C值。但是，濾波器的串聯(lián)電阻和輸出負(fù)載構(gòu)成了一個分壓器，會降低輸出電壓。所以，在選擇R值時，應(yīng)選擇相對較低的值。

圖2.用于使輸出電壓平穩(wěn)的濾波器電路。

AD5116

標(biāo)稱電阻容差誤差：±8%（最大值）

游標(biāo)電流：±6 mA

可變電阻器模式下的溫度系數(shù)：35 ppm/°C

低功耗：2.5 μA（最大值，2.7 V，125°C）

寬帶寬：4 MHz（5 kΩ選項(xiàng)）

上電EEPROM刷新時間：< 50 μs

125°C時典型數(shù)據(jù)保留期：50年

100萬寫周期

2.3 V至5.5 V電源供電

內(nèi)置自適應(yīng)去抖器

寬工作溫度范圍：-40℃至+125℃

2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8引腳超薄LFCSP封裝

審核編輯：湯梓紅